具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

具体的，请参阅图1至图6，本申请实施例提供一种自动取还书结构，其包括自动导航小车1，所述自动导航小车1上设有旋转书架2以及横向移动导轨3，所述横向移动导轨3上设有横向移动底座4，所述横向移动底座4上连接有旋转驱动结构5，所述旋转驱动结构5上方连接有竖直升降导轨6，所述竖直升降导轨6上连接有取书主体7；所述取书主体7可通过所述竖直升降导轨6上下移动且可通过所述横向移动导轨3左右移动；所述取书主体7与所述旋转书架2相对设置，用于将书从所述旋转书架2上取走或者用于将书归还至所述旋转书架2上。

请参阅图1、图2，本实施例中，所述旋转书架2包括旋转书架驱动电机201、书架旋转底座202、置书架203；所述书架旋转底座202采用蜗轮蜗杆传动机构，所述书架旋转底座202可被所述书架旋转底座202驱动以带动所述置书架203旋转。

请参阅图1、图3，本实施例中，所述横向移动底座4包括横向底座驱动电机401、齿轮齿条传动机构402、滑动本体403以及滑槽导轨404；所述齿轮齿条传动机构402沿所述自动导航小车1的长度方向固定设置，两个所述滑槽导轨404设于所述齿轮齿条传动机构402的两侧，所述滑动本体403可滑动式卡设于所述滑槽导轨404上，所述横向底座驱动电机401固定于所述滑动本体403上且与所述齿轮齿条传动机构402的齿轮连接。

请参阅图1、图3，本实施例中，所述旋转驱动结构5包括旋转底座驱动电机501、旋转底座502；所述旋转机构502采用蜗轮蜗杆传动机构，所述旋转底座驱动电机501与所述旋转底座502的底座连接，所述旋转底座502的顶面与所述竖直升降导轨6固定连接。

请参阅图1、图4，本实施例中，所述竖直升降导轨6包括升降导轨驱动电机601、升降导轨螺纹传动杆602、取书结构主体底座603以及主体导轨部604；所述升降导轨螺纹传动杆602的两端可转动式固定在所述主体导轨部604上；所述取书结构主体底座603在所述升降导轨螺纹传动杆602上螺接且与所述主体导轨部604相抵接；所述升降导轨驱动电机601与所述升降导轨螺纹传动杆602的下端固定连接，用于驱动所述升降导轨螺纹传动杆602旋转，并通过所述升降导轨螺纹传动杆602的螺纹传动带动所述取书结构主体底座603的升降。

本实施例中，所述取书结构主体底座603与所述主体导轨部604相抵接的位置设有导向机构605，所述导向机构605包括滑槽以及限位凸起，所述滑槽及所述限位凸起分别对应设于所述取书结构主体底座603和所述主体导轨部604上。

请参阅图1、图5，本实施例中，所述取还书主体7包括前后伸缩导轨701、前后伸缩导轨驱动电机702、伸缩底座703、取书主体旋转驱动电机704、接触式压力传感器705、微型CCD摄像头706、取书主体旋转底座707、取书高度调整导轨708、底部夹爪固定支座709、底部夹爪驱动电机710、底部夹爪711、顶部夹爪移动支座712、顶部夹爪驱动电机713、顶部夹爪714以及取书主体直线导轨丝杠718；所述前后伸缩导轨701与所述竖直升降导轨6的取书结构主体底座603固定连接，所述伸缩底座703设于所述前后伸缩导轨701上，所述前后伸缩导轨驱动电机702固定于所述伸缩底座703上且与所述前后伸缩导轨701连接，所述前后伸缩导轨驱动电机702通过齿轮齿条传动结构驱动所述伸缩底座703前后移动，所述取书主体旋转底座707通过所述取书主体旋转驱动电机704与所述伸缩底座703背离所述竖直升降导轨6的端部可转动式连接，所述触式压力传感器705及所述微型CCD摄像头706设于所述伸缩底座703背离所述竖直升降导轨6的端部，所述取书高度调整导轨708设于所述取书主体旋转底座707上，所述底部夹爪固定支座709、所述底部夹爪驱动电机710、所述底部夹爪711依次连接设置，且所述底部夹爪固定支座709与所述取书高度调整导轨708的底部固定连接，所述顶部夹爪移动支座712、所述顶部夹爪驱动电机713、所述顶部夹爪714依次连接设置，且所述顶部夹爪移动支座712与所述取书高度调整导轨708的顶部可滑动式连接，所述取书主体直线导轨丝杠718固定于所述取书高度调整导轨708上，所述顶部夹爪移动支座712与所述取书主体直线导轨丝杠718螺接，所述底部夹爪固定支座709或所述顶部夹爪移动支座712内设有电机驱动所述取书主体直线导轨丝杠718旋转以带动所述顶部夹爪移动支座712上下移动。

请参阅图1、图5，本实施例中，所述取还书主体7还包括笔型气缸715、顶部压紧机构716以及压紧块717；所述笔型气缸715的外壳体与所述顶部夹爪移动支座712连接，所述顶部压紧机构716可转动式连接至所述顶部夹爪驱动电机713上，所述顶部压紧机构716的一端与所述笔型气缸715的伸缩杆可转动式连接，所述压紧块717设于所述顶部压紧机构716的下表面，所述压紧块717为波浪纹结构。

请参阅图1、图5、图6，本实施例中，所述底部夹爪711包括底部夹爪固定端7111、弹簧导杆7112、底部夹爪伸缩端7113；所述弹簧导杆7112沿所述底部夹爪固定端7111设置，所述弹簧导杆7112的一端与所述底部夹爪驱动电机710固定连接，所述弹簧导杆7112的另一端与所述底部夹爪伸缩端7113固定连接；可通过输入压力至所述弹簧导杆7112，控制所述底部夹爪伸缩端7113全部缩回至所述底部夹爪固定端7111的内部；在所述弹簧导杆7112无外加载荷时，所述底部夹爪伸缩端7113位于所述底部夹爪固定端7111的外部。

如图7所示，基于相同的发明构思，本发明还提供一种前文所述自动取还书结构的使用方法，包括以下步骤S1-S3：

S1、路径规划步骤，根据取书或者还书时图书的种类，判断图书所在的区域、层数与可取数目或者可归还数目，规划自动导航小车的行驶路径以及抬升取书主体的高度；

S2、取还书控制步骤，控制所述自动导航小车行驶至取书或者还书的所在区域；当取书时，控制所述取书主体被抬升至对应图书的层数所在高度，控制所述取书主体取出图书，并控制所述取书主体将图书放置在旋转书架上；当还书时，控制所述取书主体从旋转书架上抓取对应的图书并被抬升至对应图书的层数所在高度，控制所述取书主体归还图书；以及

S3、回归复位步骤，控制所述自动导航小车原路行驶至出发位置。之后可控制所述旋转书架旋转朝向操作人员，操作人员从所述旋转书架上取走或者摆放图书；也可以采用人工控制方式实现对所述自动导航小车以及所述旋转书架的操作控制。

在使用时，当用户在管理系统发起订单时，判断图书所在的区域、层数与可取数目，确认后通过自动导航小车1自主规划路径，运动至图书存放区域，通过竖直升降导轨6将取还书主体7调整至图书所在的层数高度。通过微型CCD摄像头706进行图像信息采集并通过软件进行分析处理以及二维码识别，经图像处理后的输出信号控制横向移动底座4与取还书主体7做横向运动进行调整，使底部夹爪711的两夹爪中间位置正对于图书书脊的中间位置。根据系统中图书的厚度数据调整两爪间的距离略微大于图书厚度，同时根据图书的高度数据调整顶部夹爪移动支座712的高度，使移动支座712与伸缩底座703底部的距离与图书高度相匹配。然后通过驱动电机702及齿轮齿条结构推动伸缩底座703向前移动，伸缩底座703下端设有微型滚轮，使得伸缩底座703在前后移动时由滑动摩擦转变为滚动摩擦。当接触式压力传感器705触碰到书脊底部时运动停止，此时驱动电机710、713前端所开设的凹槽与书脊接触，驱动电机710、713分别驱动底部夹爪711与顶部夹爪714的夹爪将图书夹紧，底部夹爪711的伸缩端7113可通过弹簧导杆7112进行调整，当图书厚度较大，伸缩端7113将会伸出固定端7111，当图书厚度较小，伸缩端7113接触到书架后壁时，伸缩底座703继续向前运动，伸缩端7113将会产生接触压力导致部分缩回固定端7111。随后笔型气缸715驱动顶部压紧机构716运动，使得顶部压紧机构716末端的压紧块717贴紧图书顶部，通过旋转驱动电机704带动取还书主体旋转底座707向后旋转约20°，模仿人手取书的动作将图书旋转，此时驱动电机710、713前端所开设的凹槽对图书起到支撑的作用，随后驱动电机702带动伸缩底座703向后移动至初始位置，将图书取出。随后旋转驱动电机704带动取还书主体旋转底座707向前旋转，恢复图书的竖直位置。随后驱动电机501控制旋转底座502水平旋转180°，根据置书架203中不同厚度书槽的位置数据，通过横向底座驱动电机401控制横向底座的位置，通过升降导轨驱动电机601控制取书结构主体底座603的高度位置，将图书存放至置书架203相应的位置中。至此，完成一次取书动作。当一批订单全部完成后，自动导航小车1自动运动到取书区域，旋转书架驱动电机201驱动书架2水平旋转180°，并在系统中发出取书完成信号，取书区域设置相应的机械结构进行待取图书的转移以及待还图书的摆放，随后进行还书任务。

还书任务的整体流程与借书任务类似，先通过前端图书的数据采集、二维码识别等功能，在管理系统中生成相应的还书订单流程，同时自动导航小车1进行自主路径规划，进行还书顺序的配置。自动导航小车1到达指定位置后，通过横向移动底座4和竖直升降导轨6的运动，控制取还书主体7在旋转书架2上抓取待还图书，通过旋转底座502将取还书主体7与待还图书水平旋转180°将待还图书对准到指定的位置，驱动伸缩底座703向前运动将待还图书放入还书位置，此时由于弹簧导杆7112的支撑，底部夹爪伸缩端7113夹紧图书时可以进入空缺位置。将待还图书全部放置于书架后，底部夹爪711与顶部夹爪714的夹爪均向待还图书外侧稍作移动，控制伸缩底座703向后运动将取还书主体7退回至初始位置。还书成功后将数据上传至管理系统，随后进行下一次的还书任务。

本发明的有益效果在于，公开了一种可替代人工在书架上进行自动取还书的结构，包括自动导航小车，导航小车上连接有旋转书架以及横向移动导轨，横向移动导轨上设有横向移动底座，横向移动底座上连接有垂直移动导轨，垂直移动导轨前端连接有取书机主体结构。本发明融合自动导航技术、机器视觉技术等提出一种自动取还书结构的使用方法，可以实现订单化的，针对不同厚度、不同大小书籍的自动取书与存放功能，抓取待借书籍后，运输至指定区域，由相应的机械手抓取至借书架，随后将还书架的书籍抓取到取还书结构上，运输至指定区域执行还书任务，完成还书任务后，可以继续执行下一个借还书订单；提高图书借还书效率，实现图书存取、运输和整理等过程的无人和智能化管理。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种自动取还书结构及其使用方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。